拓?fù)鋬?yōu)化方法與增材制造技術(shù)的結(jié)合,不僅可以發(fā)揮增材制造方法在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)時的技術(shù)優(yōu)勢,同時也可以使拓?fù)鋬?yōu)化得到的最優(yōu)設(shè)計從理論走向?qū)嶋H應(yīng)用。在SLM（selective laser melting,選擇性激光熔化技術(shù)）增材制造過程中,結(jié)構(gòu)受熱作用容易產(chǎn)生翹曲變形,而且結(jié)構(gòu)懸伸部分在增材制造過程中也容易出現(xiàn)崩塌,需要采用支撐結(jié)構(gòu)才能順利完成打印,這不僅造成了材料的浪費,也增加了結(jié)構(gòu)后處理的難度。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化通常以結(jié)構(gòu)使用工況下的性能要求為目標(biāo),得到的優(yōu)化結(jié)果并沒有考慮增材制造過程中的熱作用,而不考慮熱作用所產(chǎn)生的較大熱變形,就無法保證制件的結(jié)構(gòu)精度。再者,基于變密度法的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計,優(yōu)化結(jié)果的邊界處存在大量的中間密度單元,使得結(jié)構(gòu)邊界不清晰,無法直接進(jìn)行增材制造。為解決上述問題,本文就SLM過程分析、增材制造熱載荷作用下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)邊界處理以及結(jié)構(gòu)自支撐設(shè)計等方面展開研究,主要工作內(nèi)容如下:首先,研究了結(jié)構(gòu)瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析及熱彈塑性變形的相關(guān)理論,并基于ANSYS軟件建立板狀薄壁結(jié)構(gòu)多層成型的溫度場、應(yīng)力場仿真分析模型,探究了SLM成型過程中結(jié)構(gòu)體內(nèi)部溫度分布及應(yīng)力分布的演化... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三種類型結(jié)構(gòu)優(yōu)化按其對應(yīng)的設(shè)計階段可分為：拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化、尺寸優(yōu)化

圖 1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三種類型結(jié)構(gòu)優(yōu)化按其對應(yīng)的設(shè)計階段可分為：拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化、尺寸優(yōu)化。如圖 1.1所示，拓?fù)鋬?yōu)化是在給定的設(shè)計區(qū)域內(nèi)，根據(jù)實際工況設(shè)定載荷條件、約束條件以及結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)，通過科學(xué)計算得到設(shè)計域內(nèi)滿足設(shè)計要求的最優(yōu)材料分布。形狀優(yōu)化是在結(jié)構(gòu)材料拓?fù)浞植即笾麓_定的情況下，通過研究合適的結(jié)構(gòu)邊界形狀以提高結(jié)構(gòu)的性能。尺寸優(yōu)化是在結(jié)構(gòu)拓?fù)湫问郊斑吔缧螤畲笾麓_定的情況下，通過研究邊界幾何形狀的尺寸來提高結(jié)構(gòu)的性能。三種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，依次對應(yīng)于結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念設(shè)計階段、基本設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化幅度逐漸減低。由于拓?fù)鋬?yōu)化可以在結(jié)構(gòu)形式完全未知的情況下，憑借理論計算得到符合設(shè)計目標(biāo)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)形式，相比于另外兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，擁有更高的設(shè)計自由度，對結(jié)構(gòu)性能的改善也最為顯著，并且可以為難以憑經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計的結(jié)構(gòu)提供指導(dǎo)，因此結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化成為了當(dāng)前結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域的研究重點[1]。圖 1.2 所示為汽車擺臂的拓?fù)鋬?yōu)化實例。

中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論程熱源模型的選擇仿真分析中，熱源的選擇直接決定了溫度場、應(yīng)力場較為普遍的熱源模型有：半球熱源模型、雙橢球熱源源模型以及組合熱源模型等。本文針對 SLM 中激光點，采用高斯熱源模型作為 SLM 仿真過程的熱源[圍內(nèi)分析點處的能量強(qiáng)度 q( r )的表達(dá)式如下：2222( ) erRApq r R ）中，A、 p 、 R 、 r 分別為金屬粉末材料的激光吸收率、徑以及分析點距激光中心點的距離。高斯熱源能量密

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3509444